Оценки времени возникновения жизни на Земле основаны на двух типах данных.
Во-первых, астрофизические и геофизические исследования обеспечивают временные рамки для формирования Земли и Луны, для крупных столкновений на ранних стадиях жизни Земли и для охлаждения раннего магматического океана. Опираясь на эти данные, мы можем вывести границу пригодности для проживания, которая является самой ранней точкой, в которой Земля стала пригодной для проживания.
Во-вторых, био сигнатуры в геологических образцах, включая микрофоссилии, строматолиты и соотношение химических изотопов, служат доказательством того, когда жизнь действительно существовала. Из этих наблюдений мы можем сделать вывод о границе био сигнатурных признаков, которая является самой ранней точкой, в которой имеются четкие доказательства существования жизни. Здесь мы рассматриваем данные по широкому кругу дисциплин, чтобы суммировать текущую информацию о временных рамках этих двух границ.
Границей обитаемости может быть уже 4,5 Га - самая ранняя оценка времени, в течение которого Земля имела устойчивую кору и гидросферу, или 3,9 Га - конец периода мощных метеоритных бомбардировок. Отсутствие консенсуса по вопросу о том, была ли поздняя мощная метеоритная бомбардировка достаточно значительной для предотвращения гибели людей, является самой большой неопределенностью при оценке времени проведения границы пригодности для проживания. Граница био сигнатур более жестко ограничена.
Данные по соотношениям изотопов углерода и строматолитовых окаменелостей указывают на время, близкое к 3,7 Га. Жизнь, должно быть, возникла в промежутке между этими двумя границами. Время, необходимое для появления на свет жизни, может быть в пределах 200 Миров или до 800 Миров.
Когда появилась жизнь на Земле? Это не только ключевой вопрос в понимании происхождения жизни на нашей планете, но и расчетный временной интервал может в конечном итоге дать нам представление о частоте появления жизни в других частях Вселенной. Вскоре после того, как Земля образовалась, столкновение с телом размером с Марс, вероятно, привело к Луне.
Катаклизм растаял и изменил облик мантии Земли. УФ-облучение планеты будет иметь большое значение, поскольку в то время на ней не было кислорода или озонового слоя для экранирования поверхности. Это излучение может быть не только крайне разрушительным для выживания сложных органических организмов, но и могло их стимулировать. Именно в этой жестокой, сильно меняющейся среде и происходили шаги, приведшие к жизни.
Ученые пришли к выводу, что жизнь на Земле возникла в неопределенное время между 4,3 и 2,7 Га. Здесь мы объединяем последние астрофизические ограничения и биологические сигнатуры, чтобы более точно ограничить этот временной интервал для возникновения жизни. В настоящем обзоре рассматриваются более свежие данные, которые переосмысливают весь аргумент в пользу того, когда возникла жизнь после предыдущих обзоров по этой теме. Большая часть соответствующей информации о сроках возникновения поступает из астрофизики, планетарной науки, геологии и палеонтологии. Здесь мы стремимся представить эти результаты таким образом, чтобы они были доступны широкому научному сообществу.
Мы начинаем с астрофизических ограничений на границе обитаемости и собираем данные о возрасте Солнечной системы, Земли и Луны, времени радиационного охлаждения жидкой магматически покрытой поверхности Земли. Граница обитаемости в основном ограничена временем, в течение которого на поверхности планеты может существовать жидкая вода. Жидкая вода была бы необходимым условием для появления того вида жизни, который существует на Земле сегодня.
Вода часто рассматривается как необходимое условие пригодности для проживания из-за ее уникальной роли в качестве универсального растворителя. Поэтому мы обсудим теории охлаждения поверхности Земли и атмосферы после крупных столкновений, поскольку они позволяют прогнозировать время, в которое мог образовываться жидкий океан. Одним из катастрофических последствий является столкновение, которое привело к Луне, однако другие крупные последствия могли продолжаться в течение гораздо более длительного периода времени и могли также "сбросить часы" в том, что касается пригодности для проживания. Таким образом, скорость, с которой основные воздействия угасли в течение ранней истории
Солнечной системы, и дискуссия о том, была ли фаза БОМС с высокой частотой столкновений, имеют большое значение для определения времени прохождения внешней границы. Независимые доказательства наличия внешних границ можно найти в геологических записях. Существование некоторых минералов, образующихся в присутствии воды, также ограничивает время, к которому должен был образоваться жидкий океан.
Если рассматривать границу био сигнатур, то наиболее прямые доказательства существования жизни на Земле связаны с наличием окаменелостей. Они могут быть в виде микрофоссилий (т.е. остатков жизни на уровне отдельных клеток) или микрофоссилий, в частности строматолитов, которые представляют собой слоистые структуры, созданные, как считается, фотосинтетическими микроорганизмами. Интерпретация микрофоссилий была противоречивой, и мы обсудим, действительно ли некоторые из самых ранних образцов, заявленных как микрофоссилии, имеют небиологическое происхождение.
Однако сроки установления границы био сигнатур не сильно зависят от неопределенности в отношении микрофоссилий, поскольку косвенные данные о наличии жизни в виде изотопных сигнатур углерода предшествуют большинству потенциальных периодов существования микрофоссилий. Кроме того, известно, что образцы строматолита датируются самыми ранними микрофоссилиями, и самые последние предложенные образцы строматолита также относятся к периоду изотопных признаков.
Еще одной формой доказательств существования жизни является повышение уровня кислорода в атмосфере за счет присутствия фотосинтетических организмов. Измерение содержания кислорода в атмосфере осуществляется по геологическому времени с использованием изотопов серы и молибдена и переходных металлов в осадочных породах. Хотя значительное увеличение содержания кислорода во время сильного окисления (около 2,4-2,3 Га) хорошо задокументировано, оно значительно позже, чем вероятное время возникновения жизни.
Свидетельства наличия следов кислорода при 2,95 Га указывают на то, что кислородный фотосинтез работал довольно рано. Это создает ограничения по времени прохождения внутренней границы, которые совместимы с данными, полученными от строматолитов. На основании этого консолидированного исследования, учитывая неопределенность в том, как LHB развивалась, мы представляем два возможных окна для возникновения жизни, ограниченные двумя границами, обсуждаемыми в данной работе. Насколько нам известно, впервые такая консолидация литературы была предпринята именно с этой целью.
